[科普中国]-航天系统工程

简介

20世纪40年代初，在电子系统的研制中，开始采用系统工程概念并取得了良好效果。50年代中期，在航天系统和军事系统的研制中出现了大系统的新型设计法，为现代系统工程奠定了基础。60年代初期，系统工程在阿波罗工程中的成功运用，标志着系统工程作为一门科学的组织管理技术开始被人们普遍接受和推广应用。

技术过程/总体设计原则航天系统工程的技术过程必须遵循的原则主要有：

(1)多方案比较、整体优化、科学集成；

(2)分阶段实施，逐步改进；

(3)技术关键要先行，要充分验证，以求尽早暴露问题；

(4)各种技术接口要尽可能标准化、简单化；

(5)要充分运用并行工程的方法等。1

主要方法技术过程的主要方法有：

(1)需求工程；

(2)机、电、热、力、磁、信息流设计与分析；

(3)可靠性、安全性设计；

(4)软件工程；

(5)人因工程等。

组成航天系统是由航天器、航天运输系统、航天器发射设施、航天测控系统、用户设备(系统)以及其他保障设备组成的完成特定航天任务的工程系统。航天系统的特点是规模庞大、技术复杂、质量可靠性要求高、耗资大、研制周期长、社会和经济效益显著。一些典型的航天系统,如“人造地球卫星”1号工程、阿波罗工程、美国航天飞机工程等都是现代典型的大工程系统。

内涵加强总体设计部建设，搞好总体方案设计、技术抓总与技术协调

分解一集成是系统理论的核心思想，也是系统工程的基础。航天型号的总体设计部就是在型号总指挥与总设计师的领导下，根据型号研制任务书的要求，用系统分析的方法进行总体方案的论证与总体方案的设计，进行分系统功能、性能指标及结构的分解；在分系统论证与必要的试验验证基础上再次进行系统的综合集成，经多次迭代，求得型号整体性能的优化。与此同时，根据研制技术途径，进行经费、进度、保障条件的分解与集成，经过不同层面多次迭代，形成在一定约束条件下优化的研制流程与实施方案。

充分发挥型号两条指挥线的作用是航天型号工程顺利实施的重要保障

航天系统工程的组织体系是型号指挥系统和型号设计师系统。单位的行政正职是型号研制的第一责任人，并由其选定型号直接责任人。型号总指挥是本型号的总负责人，由上级部门任命，对第一责任人和直接责任人负责。型号指挥系统，除各级指挥外，还包含了计划组织指挥调度系统及相应保障职能部门的有关人员，它不受行政建制的限制，可跨建制、跨部门实施组织、协调、指挥调度。同时采用先进的计划、调度、配置、评价与评审等技术和手段，实施动态管理，以保证全系统协调、高效运行及管理系统的优化。

强化以型号总体研究院为基础的型号科研生产组织体系

航天多年来形成了以型号总体研究院为基础，按型号配套的各专业院、所、厂，地方所、厂构成的型号科研生产配套的组织体系。一般的科研生产活动大多在院一级组织实施。1988年航空、航天两部合并时，国务院领导充分肯定了航天型号总体研究院的地位与作用，1999年组建集团公司时，对此再次作了肯定。在新时期配套方式不断调整变化，以及任务量大增的情况下，完善与加强这个配套体系对保持协作配套的相对稳定、保证质量与研制工作的顺利进行具有重要的作用。

严格按科研程序办事，严格控制各阶段的技术状态，避免出现重大反复

科研程序是航天科研生产历史经验的总结与升华，是我们对型号研制规律认识程度的反映。航天依据不同的型号，如导弹、火箭、卫星、飞船等等，将其研制过程划分为不同的阶段，大到发展战略目标与规划的制定以及探索一代、预研一代、研制一代、生产一代的四步走，具体到型号研制的不同阶段，每个阶段都有明确的定义、任务与完成的标准，转阶段也必须有严格的评估与评审，评审要按行业标准执行。不按程序办事，往往欲速则不达，所造成的教训也是十分深刻的。严格执行研制程序就是为了防止赶进度、图省钱，而不把该做的事做好、该解决的问题彻底解决，防止出现重大反复。严格控制各阶段的技术状态也是如此，防止小改出大错，防止不必要的锦上添花以及追求局部的先进而影响全局。

始终坚持质量第一的方针是实现航天系统工程目标的必然要求

航天系统工程始终将可靠性、安全性放在重要位置，始终坚持质量第一的方针。一系列强有力的质量管理措施，保证了航天产品与工作质量不断提高，以及飞行试验成功率的上升。由于归零标准要求机理清楚，克服了解决问题有时“知其然而不知其所以然”的没有吃透技术的现象，有利于技术水平的提高。2

工程实例“人造地球卫星”1号工程苏联于50年代中期组织实施的第一颗人造地球卫星工程。主要包括:研制“卫星”号运载火箭,改建拜科努尔发射场,研制卫星本体和卫星携带的科学探测仪器，建立地面观测网。苏联在1957年10月 4日成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星──“人造地球卫星”1号，开创了人类航天的新纪元。

阿波罗工程美国于60年代至70年代组织实施的载人登月航天工程，或称阿波罗计划。这一工程的目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察，为载人行星飞行和探测进行技术准备。除二次世界大战中的V－2工程和曼哈顿计划（它们的规模要小得多），阿波罗工程是人类科学技术史上少有的大型工程系统，它的完成是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。

美国航天飞机工程美国于70年代初至80年代初组织实施的可重复使用的大型载人航天器工程。主要包括：研制航天飞机系统，建设发射场和着陆场，确定固体火箭助推器的回收方案，建设助推器的修复设施，改造和扩建测控系统。航天飞机是把运载火箭、载人飞船和飞机的技术结合起来的一种新型航天运输工具，它充分利用了现代航天和航空领域内的各种成熟的先进技术，以及现代科学技术的众多领域的新成就。整个工程是由政府机构、工业企业和高等院校的庞大队伍合作，运用系统工程的方法组织实施的。工程历时约12年，于1982年结束,耗资约150多亿美元。这一工程的完成为人类提供了全新的航天运输工具，成为世界航天史上的一个重要里程碑。

特点适应航天系统的特点形成了现代航天系统工程方法，它具有以下主要特点：

① 建立总设计师制度和总体设计机构对航天系统进行系统设计和管理。航天系统和组成它的各大系统通常都设有总设计师和总体设计机构──总体设计部。总体设计部是按航天系统总体要求组织起来的科学家、工程师的常设集体，是工程系统的总体论证和设计机构。航天系统的总体设计部是在50年代中期导弹系统的总体设计部基础上发展起来的，它成为航天系统工程的计划领导人对整个航天计划实施科学领导所必不可少的参谋机构。总体设计部在航天系统研制和管理中的重要作用，使人们确认总体设计机构的概念在现代大系统管理中的地位。

② 利用管理信息系统对航天系统进行科学的系统管理。航天管理信息系统是在50年代军事信息系统基础上发展起来的，由电子计算机管理的高度自动化的航天工程指挥控制系统在60年代达到了相当完善的程度，成为一种整体化管理信息系统，同时指挥着上万人甚至几十万人的活动。

③ 采用系统仿真技术对航天系统进行系统分析和评价。从航天系统的初始概念设计到系统研制和使用，不同型式的仿真得到了广泛应用，以实现事前的工程分析、可靠性分析和技术经济综合评价等。例如，在阿波罗工程中应用电子计算机进行各种仿真，确保了各项试验研究准确地按期完成,终于在1969年7月16日通过“阿波罗”11号飞船把 3名宇航员送到月球并安全返回地面。

在航天系统工程的实践中，还进一步完善和发展了计划协调技术(PERT)、质量控制技术等。3

中国航天系统工程方法中国航天系统产品主要是指运载火箭、人造卫星、载人飞船和导弹武器系统，也称为航天型号。系统工程方法的作用是把需求演化成为现实的航天系统产品。一个航天型号的研究、设计、开发、生产是一个复杂的组织管理过程，必须考虑到从概念研究到部署使用全寿命周期活动的要求；必须综合集成多种学科和专业技术，包括一些必须事先攻荚的前沿技术；必须组织成千上万科技人员和管理人员在十几年的研制过程中协同工作；同时，必须保持在整个研制过程中技术、经费和进度的协调进展。系统工程方法是组织管理这些航天型号系统研制工作的唯一选择。4

50年来，在航天事业的实践中，形成与发展了我国航天系统工程的理念、体系与方法，保障了我国航天事业健康、持续地发展，同时也为我国管理科学积累了新鲜经验。

20世纪40年代，国际上提出并开展了一般系统理论与研究，二战以后一系列重大的国防与航天计划有力地推动了系统工程理论与方法的研究和应用，阿波罗登月工程是其典范。50年前，我国在航天事业创建之初就十分关注系统工程理论的研究，在实践中形成与发展了具有中国特色的航天系统工程的体系与方法。钱学森先生在国防部第五研究院建院后不久，就组建了型号总体设计部，这就是我国航天系统工程的开端。70年代，他又花了很多精力从事系统工程的推广应用和系统学的理论研究。钱老曾指出，系统工程是组织管理“系统”的规划、研究、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有“系统”都具有普遍意义的科学方法。而这种方法是通过规章制度、组织体系，将相关的资源有效地集成起来，在一定的约束条件下来实现系统预定的目标。在我国航天事业发展50年的历程中，无论是预先研究、型号研制，还是各项管理工作，都始终贯穿着系统工程的理念、体系与方法。

早在老五院建院初期，根据聂总的指示，在《关于自然科学研究机构当前工作的十四条意见(草案)》(“科研十四条”)的基础上，着手研究制定了《国防部第五研究院暂行工作条例(草案)》，之后用了一年的时间试行并广泛地征求意见。特别是在1962年3月我国自行研制的第一枚近程导弹飞行试验失败后，认真总结了经验与教训，加深了对型号研制规律的认识，在此基础上进一步修订了《暂行工作条例》，并于1962年11月8日正式颁布实行。按这个条例的规定，型号总体设计部、型号两条指挥线的体制已基本形成，研制程序也已基本确定。这个条例体现了航天系统工程的基本理念、体系与科学方法，奠定了航天系统工程的基础构架，对航天事业初期的建设与发展起到了重大作用。

我国航天系统工程在实践中形成并不断发展，国内外系统工程的研究与实践也不断取得新的进展，因此我们仍需学习与总结，不断创新与发展。当前，任务繁重，在市场经济条件下如何加强经济管理、风险管理，多型号并举要求新的管理理论与方法，将会创造出更丰富的新的经验。同时，要努力推进项目管理，系统工程与项目管理有共同的源头，两者互动发展。在“72条”中就曾提出要积极推进项目管理的试点，在“80条”中又指出，有条件的型号实行项目管理，几年来已有很大的进展，并取得了一定的经验，应不断总结、完善、提高。

我国航天系统工程在钱老的倡导下，50年来，经过几代航天人的实践、创新、积累，形成了比较清晰的理念、比较完善的体系和比较科学的方法，保证与促进了中国航天事业的健康发展，这是我们宝贵的财富。时代在前进，技术在进步，我们应不断总结，不断创新，实现航天系统工程新的跨越，为新世纪航天事业的健康发展提供有力的保障。2